一、原理闡述
通過環(huán)路特性測量可以精確的得到電源的內在特性參數(shù),是環(huán)路穩(wěn)定性及電路設計的重要參考依據(jù),測量原理及時域和頻域特性如圖1.1-3示意。1、首先在環(huán)路的一端引入一個小幅度的激勵信號(sine wave),然后在環(huán)路的另一端檢測經環(huán)路流通之后的激勵信號,兩者比值就是環(huán)路的開環(huán)特性;
圖1.1 環(huán)路特性測量示意2、激勵信號可由信號發(fā)生器產生,但是不能直接接入電源環(huán)路,所以需要一個信號耦合變壓器把激勵信號耦合到電源環(huán)路中去;
3、因為變壓器傳遞的是電流的變化,所以還需要一個小阻值的電阻將電流轉化為電壓信號,這個轉換電阻是圖中的Rsense;4、Rsense的阻值選擇范圍為20~50歐姆,一般選為50歐姆因為這樣方便和儀器及同軸電纜的阻抗匹配。雖然Rsense的選值不要求太嚴格(因其不參與傳遞函數(shù)的計算),但是過大或過小會導致激勵信號失真;5、激勵信號的流向如圖中箭頭所示,環(huán)路特性是輸出與輸入的比值(T/R);
二、儀器架設
圖1.3是使用安捷倫頻譜儀E5061B進行環(huán)路特性實測的示意圖。T1為信號耦合變壓器,需要自制;儀器端口LF OUT是激勵信號的輸出端口,端口R是對激勵入口的監(jiān)測,端口T是激勵信號經環(huán)路之后的返回值,所以T/R是環(huán)路的傳遞函數(shù);
1、儀器校正在每次儀器開機后、進行實測前,對儀器進行一次有效的校驗是一種對測量結果負責的態(tài)度。連續(xù)測量時,一般只需在開機后進行一次校正即可因為儀器會對校正結果有記憶(關機后記憶消失)。
測試電源環(huán)路特性的校正方法是“直通(Through)校正“,首先在變壓器的主端加激勵(連接至儀器的LF OUT端口),副端短接。2、保存測試結果和數(shù)據(jù)1)、測試結果圖片保存技巧:把光標1和2分別放置于增益的0dB穿越點和相位的歸零點,這樣能從圖片上讀取最豐富的信息。
2)、在正確保存圖片的同時建議分別保存增益與相位的數(shù)據(jù),儀器支持將數(shù)據(jù)保存為*.csv格式,方便對數(shù)據(jù)進行深度挖掘。建議分別測量輕載、半載及滿載下的環(huán)路特性并按圖1.7示意的文件結構進行結果保存。
三、實驗結果分析當調試補償參數(shù)時或者對比兩種方案的差異時,我們往往需要對環(huán)路特性進行深入分析,但是實驗中保存的圖片只能做定性分析無法定量。為了對環(huán)路特性進行定量分析,可將數(shù)據(jù)導入Excel,然后使用Excel豐富的圖表工具復原波特圖,如圖1.8是兩款芯片的對比分析,特性差異一目了然。
三、自制信號耦合變壓器信號耦合變壓器的大致要求歸納如下:1、在整個測試頻率范圍內傳輸響應特性須盡可能平坦,電源的環(huán)路特性測試范圍一般100HZ~1MHZ;2、變壓器的阻抗須在50歐姆左右,與激勵源的輸出端口阻抗匹配;3、變壓器的自感須足夠大推薦在mH(毫亨)這個數(shù)量級,否則隔離效果不佳從而干擾電路本身的特性參數(shù);
變壓器屬于非標準件,所以一般需要定制或自制,親手制作測試工具是工程師的情懷所在,簡單記錄一下變壓器的自制過程。
1、變壓器的自感需要在mH這個數(shù)量級,如此大的自感值意味著變壓器的匝數(shù)需要很多,直接手工繞制的話難度會很大。不過運氣不錯,我們找到一款大感值的Choke,它是用雙股漆包線繞制的(天然的匝數(shù)比為1:1的信號隔離變壓器)。但是單個Choke的感值是200uH左右,所以可以多個串聯(lián)增加感值(最終用了六顆Choke,再多的話盒子里塞不下了,實測自感值為1.3mH)。
2、制作完畢驗證一下變壓器的特性:變壓器的主端加激勵,副端短接(就是直通校正的接法)。
效果還不錯,在100HZ至1MHZ范圍內特性還算平坦,通過校正可以彌補誤差。3、迫不及待的使用實際的電源板進行實測,測試結果平滑,重復多次驗證結果穩(wěn)定有效。
4、封裝至一個屏蔽盒子里,寫上標簽。
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控制回路
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原文標題:如何測量控制回路的開環(huán)特性?
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